基本信息
- 项目名称：
- 新型网壳结构的极限承载力分析
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 板锥网壳结构的极限承载力和破坏机理国内外研究尚浅。由于板锥网壳结构是一种新型空间结构，尤其是由于板片参与共同作用，要想全面描述板锥网壳结构的力学性能，必须分析板锥网壳结构的极限行为，研究其极限承载力和破坏全过程，以使结构设计具有足够的安全度、可靠性和经济性。
- 详细介绍：
- 板锥网壳结构是一种受力性能合理，技术经济效益良好的新型空间结构形式。本文考虑板片和杆件协同工作时的几何非线性，采用弧长法跟踪荷载—位移全过程平衡路径，对板锥网壳结构的稳定极限承载力性能进行全过程非线性跟踪分析，确定其稳定性能及杆件和锥体单元板件屈服顺序，对板锥网壳结构的破坏机理、结构延性、稳定极限承载力、强度储备等问题进行研究，并与普通双层网壳结构进行了比较，得出了可应用于工程实践的重要结论。 本文考虑板片和杆件协同工作时的几何非线性，采用弧长法跟踪荷载—位移全过程平衡路径，对板锥网壳结构的稳定极限承载力性能进行全过程非线性跟踪分析，确定其稳定性能及杆件和锥体单元板件屈服顺序，对板锥网壳结构的破坏机理、结构延性、稳定极限承载力、强度储备等问题进行研究。 由于板锥网壳结构整体刚度较大，在整体结构失稳前，部分材料已经发生破坏，且材料破坏时的荷载较失稳时的临界荷载要小得多。当板件使用的材料不同时，杆件和板件的材料屈服顺序也不一样：板件采用混凝土板时，材料破坏首先发生在混凝土板上；当板件采用钢板时，则杆件首先发生破坏。部分板件或杆件发生材料破坏后整个结构还可以继续承载，直到荷载—位移曲线达到第一个上极限点时，发生稳定破坏，从而得到板锥网壳结构的稳定极限承载力。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本项目首次对新型复合材料板材在板锥网壳结构中的应用进行了深入研究，平且对其弹塑性极限承载力和破坏机理进行系统深入的研究。 基本思路：考虑板片和杆件协同工作时的几何非线性，采用弧长法跟踪荷载—位移全过程平衡路径，对板锥网壳结构的稳定极限承载力性能进行全过程非线性跟踪分析，确定其稳定性能及杆件和锥体单元板件屈服顺序，对板锥网壳结构的破坏机理、结构延性、稳定极限承载力、强度储备等问题进行研究。
科学性、先进性及独特之处
- (1)首次对新型复合材料板材在板锥网壳结构中的应用进行深入研究，对复合材料板件自身的强度、刚度、稳定性、各向异性、几何非线性等一系列力学问题进行全面和深入的研究，材料设计和结构设计同时进行。 (2)首次对板锥网壳结构的弹塑性极限承载力、破坏机理、结构延性、强度储备等进行研究，同时考虑板片和杆件协同工作时的几何非线性和材料非线性，对板锥网壳结构的弹塑性极限承载力性能进行全过程非线性跟踪分析。
应用价值和现实意义
- 板锥网壳结构是一种新型空间结构，尤其是由于板片参与共同作用，要想全面描述板锥网壳结构的力学性能，必须分析板锥网壳结构的极限行为，研究其极限承载力和破坏全过程，以使结构设计具有足够的安全度、可靠性和经济性。 板锥网壳结构受力性能合理，可以充分利用板材的强度和刚度，发挥材料的最大效用，具有良好的技术经济效益，并且具有鲜明的建筑视觉效果。基于这些优点，板锥网壳的发展前景将非常光明。
学术论文摘要
- 摘 要： 板锥网壳结构是一种受力性能合理，技术经济效益良好的新型空间结构形式。本文考虑板片和杆件协同工作时的几何非线性，采用弧长法跟踪荷载—位移全过程平衡路径，对板锥网壳结构的稳定极限承载力性能进行全过程非线性跟踪分析，确定其稳定性能及杆件和锥体单元板件屈服顺序，对板锥网壳结构的破坏机理、结构延性、稳定极限承载力、强度储备等问题进行研究，并与普通双层网壳结构进行了比较，得出了可应用于工程实践的重要结论。 关键词：板锥网壳结构；稳定极限承载力；几何非线性；弧长法
获奖情况
- 在2010年9月 同济大学举办的国际可靠性工程与风险管理会议上，发表《Stability analysis for plate-cone reticulated shell》一文 在2010年11月 上海举办的IASS会议上，发表《Influence of joint’s stiffness on the stability of single-layer reticulated shell》一文
鉴定结果
- 情况属实
参考文献
- [1] R.C.Gilkie, A comparison between the theoretical and experimental analysis of stresed shin system of construction in plastics and aluminium[J], Space Structures, Blackwell Scientific Publictions Ltd, 1967. [2] 陈昕, 沈世钊.单层穹顶网壳的荷载－位移全过程分析[J]. 建筑结构学报, 1992（3）. [3] 罗永峰, 沈祖炎, 胡学仁. 单层网壳结构弹塑性稳定分析[A].新型空间结构论文集[C].杭州: 浙江大学出版社，1994. [4] 尹士公.组合网壳的非线性的稳定性分析和实验研究.土木工程学报[D],1996,29(26),33-38. [5] 许爱林，节点轴力刚度对空间网架内力和挠度的影响，空间结构论文集，科学出版社，1985. [6] 石慧珍，胡学仁.螺栓球节点用为单层网壳时计算方法，第四届空间结构论文集，1988. [7] 罗永峰，沈祖炎.网壳结构节点体对其承载性能的影响，新型空间结构论文集，浙江大学出版社，1994. [8] 王星，董石麟，完海鹰.焊接球节点刚度对网架内力和挠度的影响分析[J]，空间结构，1996，2(4)： 34-40. [9] T. Saka and K.Heki, The Effect of Joints on the Strength of Space Trusses, 3rd International Conf on Space Structure, 1984. [10] A.L.EI-sheikh, Numerical Analysis of Space Trusses with Flexible member-End Joints, Department of Civil Engineering, University of Dundee, DD14HN, UK, 1992.
同类课题研究水平概述
- 板锥网壳结构是一种受力性能合理，技术经济效益良好的新型空间结构形式。本文考虑板片和杆件协同工作时的几何非线性，采用弧长法跟踪荷载—位移全过程平衡路径，对板锥网壳结构的稳定极限承载力性能进行全过程非线性跟踪分析，确定其稳定性能及杆件和锥体单元板件屈服顺序，对板锥网壳结构的破坏机理、结构延性、稳定极限承载力、强度储备等问题进行研究，并与普通双层网壳结构进行了比较，得出了可应用于工程实践的重要结论。 本文考虑板片和杆件协同工作时的几何非线性，采用弧长法跟踪荷载—位移全过程平衡路径，对板锥网壳结构的稳定极限承载力性能进行全过程非线性跟踪分析，确定其稳定性能及杆件和锥体单元板件屈服顺序，对板锥网壳结构的破坏机理、结构延性、稳定极限承载力、强度储备等问题进行研究。 由于板锥网壳结构整体刚度较大，在整体结构失稳前，部分材料已经发生破坏，且材料破坏时的荷载较失稳时的临界荷载要小得多。当板件使用的材料不同时，杆件和板件的材料屈服顺序也不一样：板件采用混凝土板时，材料破坏首先发生在混凝土板上；当板件采用钢板时，则杆件首先发生破坏。部分板件或杆件发生材料破坏后整个结构还可以继续承载，直到荷载—位移曲线达到第一个上极限点时，发生稳定破坏，从而得到板锥网壳结构的稳定极限承载力。
